第九章：空間分析

報(bào)告準(zhǔn)備地貌信息系統(tǒng)道路交通管理城市規(guī)劃、建設(shè)管理地震災(zāi)害與損失估計(jì)數(shù)字農(nóng)業(yè)大氣污染監(jiān)測管理醫(yī)療衛(wèi)生軍事數(shù)字城市數(shù)字校園物聯(lián)網(wǎng)地圖管理汽車導(dǎo)航系統(tǒng)房產(chǎn)管理地籍管理國土資源要求每個(gè)報(bào)告20分鐘，互動(dòng)5分鐘分組完成：每組4人，自由組合，題目任選每班選4組在課堂上做報(bào)告內(nèi)容包括：具體應(yīng)用方案簡介數(shù)據(jù)庫方案：那些專題、用什么模型表達(dá)、矢量數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)步驟簡述：處理、分析功能成果演示第九章：空間分析提綱§9.1概述§9.2空間查詢與空間量算§9.3空間變換§9.4再分類§9.5緩沖區(qū)分析§9.6疊加分析§9.7網(wǎng)絡(luò)分析§9.8空間插值§9.9數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析§9.1概述地圖有什么用？怎么用？§9.1概述空間分析定義基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息是地理信息系統(tǒng)的主要特征，同時(shí)也是評價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)功能的主要指標(biāo)之一是各類綜合性地學(xué)分析模型的基礎(chǔ)，為人們建立復(fù)雜的空間應(yīng)用模型提供了基本工具是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱§9.1概述空間分析定義:是為了解決地理空間問題而進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，是從GIS目標(biāo)之間的空間關(guān)系中獲取派生的信息和新的知識，是從一個(gè)或多個(gè)空間數(shù)據(jù)圖層中獲取信息的過程。目的解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問題提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)手段包括各種幾何運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段§9.1概述空間分析地理信息系統(tǒng)（GIS）與計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)(CAD)的主要區(qū)別：GIS具有空間數(shù)據(jù)的利用和分析功能源于60年代地理和區(qū)域科學(xué)的計(jì)量革命，在開始階段，主要是應(yīng)用定量分析手段用于分析點(diǎn)、線、面的空間分布模式后來更多的是強(qiáng)調(diào)地理空間本身的特征、空間決策過程和復(fù)雜空間系統(tǒng)的時(shí)空演化過程分析實(shí)際上自有地圖以來，人們就始終在自覺或不自覺地進(jìn)行著各種類型的空間分析，如：在地圖上量測地理要素之間的距離、方位、面積，乃至利用地圖進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)研究和戰(zhàn)略決策等§9.1概述GIS與空間分析GIS為空間分析提供了良好支撐平臺,空間分析也因?yàn)橛辛薌IS而真正得以應(yīng)用GIS特有的對地理信息（特別是隱含信息）的提取、表現(xiàn)和傳輸功能，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要功能特征§9.1概述

空間分析類型根據(jù)數(shù)據(jù)類型劃分基于矢量數(shù)據(jù)的空間分析基于柵格數(shù)據(jù)的空間分析根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)不同劃分基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算-地理統(tǒng)計(jì)空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算Goodchild的空間分析框架將空間分析分為以下兩種類型：產(chǎn)生式分析：數(shù)字地面模型分析，空間疊合分析，緩沖區(qū)分析，空間網(wǎng)絡(luò)分析，空間統(tǒng)計(jì)分析；咨詢式分析：空間集合分析，空間數(shù)據(jù)查詢

空間分析類型據(jù)應(yīng)用劃分空間關(guān)系查詢與量算空間數(shù)據(jù)探查空間變換再分類緩沖區(qū)分析疊加分析網(wǎng)絡(luò)分析空間插值分析空間統(tǒng)計(jì)分類分析地形分析流域分析綜合以上各種方法:地理建?！?.1概述

§9.2空間查詢與量算9.2.1概述查詢和定位空間對象，并對空間對象進(jìn)行量算是地理信息系統(tǒng)的基本功能之一是地理信息系統(tǒng)進(jìn)行高層次分析的基礎(chǔ)首先始于空間查詢和量算，是空間分析的定量基礎(chǔ)9.2.2空間查詢9.2.3空間量算9.2.2空間查詢（1）屬性查圖形按屬性信息的要求來查詢定位空間位置查詢到結(jié)果后，再利用圖形和屬性的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步在圖上用指定的顯示方式將結(jié)果定位繪出9.2.2空間查詢（2）空間位置讓用戶利用光標(biāo)，用點(diǎn)選、畫線、矩形、圓、不規(guī)則多邊形等工具選中地物距離空間關(guān)系查詢

—就是處理形如“離某個(gè)機(jī)場最近的旅館是哪個(gè)？在某個(gè)工業(yè)園區(qū)1KM內(nèi)部共有多少個(gè)居住區(qū)？”這類問題的解決方法。方法一：距離空間查詢方法二：緩沖區(qū)分析+包含“拓?fù)洹笨臻g關(guān)系查詢（comingsoon…）（3）基于空間關(guān)系的查詢距離空間關(guān)系查詢（1）（3）基于空間關(guān)系的查詢設(shè)置選擇結(jié)果處理的方法？12設(shè)置從哪些圖層進(jìn)行操作？3設(shè)置空間關(guān)系為距離關(guān)系4設(shè)置參考圖層為哪個(gè)？5設(shè)置參考地物及距離的大小距離空間關(guān)系查詢（2）（3）基于空間關(guān)系的查詢設(shè)置圖層是否可以選擇：通過“菜單->選擇-〉設(shè)置可選擇的圖層”可以設(shè)置哪些圖層是可以被選擇的；如果沒有設(shè)置距離，那么只能選中被參考地物覆蓋的對象；（3）基于空間關(guān)系的查詢方位空間關(guān)系查詢：

—就是處理形如： “位于某個(gè)居民點(diǎn)北方的工業(yè)區(qū)有幾個(gè)？”

—方位關(guān)系大多數(shù)情況下是一個(gè)比較模糊的查詢，因?yàn)楹泻芏嗳藶槎ㄐ缘呐袛?，?dǎo)致計(jì)算機(jī)精確計(jì)算的結(jié)果未必和人們通常的習(xí)慣一致；—ArcGIS中沒有方位空間關(guān)系查詢（不做了）（3）基于空間關(guān)系的查詢拓?fù)淇臻g關(guān)系查詢：

—就是處理形如“落在某個(gè)工業(yè)園區(qū)內(nèi)的電線桿是哪些？”“和某條公路相交的公路有哪些？”—拓?fù)淇臻g關(guān)系大多數(shù)情況下是一個(gè)精確的選擇方法，但是有時(shí)候鑒于數(shù)據(jù)精度的問題，為了搜索出需要的東西，我們也容許設(shè)置誤差值，在誤差容限范圍內(nèi)符合某種空間關(guān)系的地物也作為選擇操作的結(jié)果集輸出拓?fù)淇臻g關(guān)系查詢（1）（3）基于空間關(guān)系的查詢“拓?fù)淇臻g關(guān)系查詢”的使用方法和“距離空間關(guān)系查詢”方法一樣；ArcGIS9.0Desktop中支持的拓?fù)淇臻g關(guān)系：相交包含鄰接其他子類型（派生類型）（3）基于空間關(guān)系的查詢創(chuàng)建新的選擇集從當(dāng)前集選擇從當(dāng)前集刪除添加到當(dāng)前選擇集(4）查詢的復(fù)合很多情況下一次查詢請求無法處理所有的查詢條件，特別是空間關(guān)系條件和屬性條件相結(jié)合的查詢條件；假設(shè)已有的選擇集合為A，新選擇的將要產(chǎn)生的結(jié)果集合為B，最終查詢的結(jié)果集合為C(4）查詢的復(fù)合9.2.3空間量算（１）幾何量算：點(diǎn)狀地物（0維）：坐標(biāo)；線狀地物（1維）：長度，曲率，方向；面狀地物（2維）：面積，周長，形狀，曲率等；體狀地物（3維）：體積，表面積等§9.2空間查詢與量算空間量算（２）形狀量算：面狀地物形狀量測的兩個(gè)基本考慮：空間一致性問題，即有孔多邊形和破碎多邊形的處理度量指標(biāo)：歐拉函數(shù)=（孔數(shù)）-（碎片數(shù)-1）

多邊形邊界特征描述問題面狀地物的外觀是復(fù)雜多變的，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的指標(biāo)進(jìn)行描述，最常用的指標(biāo)包括多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等通常認(rèn)為圓形地物既非緊湊型也非膨脹型，則可定義其形狀系數(shù)r為

其中P為地物周長，A為面積。如果r<1為緊湊型；r=1為標(biāo)準(zhǔn)圓；r>1為膨脹型§9.2空間查詢與量算空間量算質(zhì)心量算質(zhì)心是描述地理對象空間分布的一個(gè)重要指標(biāo)通常定義為一個(gè)多邊形或面的幾何中心有時(shí)描述的是分布中心經(jīng)常用于宏觀經(jīng)濟(jì)分析和市場區(qū)位選擇，還可以跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷，土地類型變化等§9.2空間查詢與量算空間量算（４）距離量算“距離”是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常涉及到的概念，它描述了兩個(gè)事物或?qū)嶓w之間的遠(yuǎn)近程度§9.3空間變換定義為了滿足特定空間分析的需要，需對原始圖層及其屬性進(jìn)行一系列的邏輯或代數(shù)運(yùn)算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性，這個(gè)過程稱為空間變換分類空間變換可以基于單個(gè)圖層進(jìn)行，也可以對多個(gè)圖層本章將空間變換僅限于對單個(gè)圖層的操作或計(jì)算，基于多圖層的操作，將在疊加分析里講述§9.3空間變換基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換：單點(diǎn)變換：只考慮單個(gè)點(diǎn)的屬性值進(jìn)行運(yùn)算常見的函數(shù)有加、減、乘、除等代數(shù)運(yùn)算；與、并、非、異或等邏輯運(yùn)算；大于、小于等比較運(yùn)算；指數(shù)函數(shù)，對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)等鄰域變換指在計(jì)算新圖層圖元值時(shí)，不僅考慮原始圖層上相應(yīng)圖元本身的值，而且還要考慮與該圖元有鄰域關(guān)聯(lián)的其它圖元值的影響常見的函數(shù)有平滑、離散點(diǎn)搜索、連續(xù)表面描述（坡度、坡向、可視域分析）、點(diǎn)在多邊形中的判斷等區(qū)域變換是指在計(jì)算新圖層屬性值時(shí)，要考慮整個(gè)區(qū)域的屬性值，即通過一個(gè)函數(shù)對某一區(qū)域內(nèi)的所有值進(jìn)行綜合，然后計(jì)算新屬性值常見的函數(shù)有求區(qū)域平均值、眾數(shù)，極值、求和、歸組、整體插值等方法§9.3空間變換矢量數(shù)據(jù)的空間變換矢量結(jié)構(gòu)中包含了大量的拓?fù)湫畔ⅲ瑪?shù)據(jù)組織復(fù)雜，使得空間變換十分繁瑣基于矢量結(jié)構(gòu)的空間變換，對于單個(gè)圖層意義不大生成新圖層時(shí)往往需要多個(gè)圖層的信息，在多圖層疊加分析中意義很大§9.4再分類概述：通過分類找出隱藏信息是地理信息系統(tǒng)的重要功能之一對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的再次分類組織，稱為再分類地圖上所載負(fù)的數(shù)據(jù)是經(jīng)過專門分類和處理過的，而地理信息系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)則具有原始數(shù)據(jù)的性質(zhì)，所以可以根據(jù)不同的需要對數(shù)據(jù)再進(jìn)行分類和提取不改變地物已有的屬性值，而只是根據(jù)地物的屬性，將它們劃分到相應(yīng)的類別中，§9.4再分類地物的再分類根據(jù)地物本身的屬性，通過重新改變屬性值而實(shí)現(xiàn)分類的目的結(jié)合鄰域范圍的屬性值進(jìn)行再分類，如坡度計(jì)算，緩沖區(qū)計(jì)算綜合多個(gè)圖層的屬性信息§9.4再分類實(shí)現(xiàn)方法矢量數(shù)據(jù)點(diǎn)：修改屬性表線與多邊形：修改圖形：打斷線、連接、分割多邊形、合并多邊形編輯屬性表柵格數(shù)據(jù)修改對應(yīng)單元的屬性值即可§9.5緩沖區(qū)分析基本概念鄰近度（Proximity）描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度確定地物鄰近度是空間分析的一個(gè)重要手段交通沿線或河流沿線的地物有其獨(dú)特的重要性公共設(shè)施（商場，郵局，銀行，醫(yī)院，車站，學(xué)校等）的服務(wù)半徑大型水庫建設(shè)引起的搬遷，鐵路，公路以及航運(yùn)河道對其所穿過區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性等緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一§9.5緩沖區(qū)分析基本概念所謂緩沖區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個(gè)空間對象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定對象Oi的緩沖區(qū)定義為：對象Oi

的半徑為R的緩沖區(qū)為距Oi的距離d小于R的全部點(diǎn)的集合。d一般是最小歐氏距離，但也可是其它定義的距離。對象集合，其半徑為R的緩沖區(qū)是各個(gè)對象緩沖區(qū)的并，即：§9.5緩沖區(qū)分析點(diǎn)狀要素緩沖區(qū)線狀要素緩沖區(qū)面狀要素緩沖區(qū)一般形態(tài)的緩沖區(qū)§9.5緩沖區(qū)分析特殊形態(tài)的緩沖區(qū)如點(diǎn)對象有三角形，矩形和圈形等對于線對象有雙側(cè)對稱，雙側(cè)不對稱或單側(cè)緩沖區(qū)對于面對象有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)緩沖區(qū)計(jì)算（1）雙線問題（又稱圖形加粗，加寬線，中心線擴(kuò)張等），解決方法有：角分線法（簡單平行線法）凸角圓弧法§9.5緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)計(jì)算（2）邊線自相交問題：定義：當(dāng)?shù)匚镙S線的彎曲空間不容許雙線的邊線無壓蓋地通過時(shí)，就會產(chǎn)生若干個(gè)自相交多邊形島嶼多邊形是緩沖區(qū)邊線的有效組成部分重疊多邊形不是緩沖區(qū)邊線的有效組成，不參與緩沖區(qū)邊線的最終重構(gòu)島嶼多邊形和重疊多邊形的自動(dòng)判別方法：定義軸線坐標(biāo)點(diǎn)序?yàn)槠浞较?，緩沖區(qū)雙線分成左右邊線，對于左邊線，島嶼自相交多邊形呈逆時(shí)針方向，重疊自相交多邊形呈順時(shí)針方向?qū)τ谟疫吘€，島嶼多邊形呈順時(shí)針方向，重疊多邊形呈逆時(shí)針方向§9.5緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)計(jì)算（2）邊線自相交問題：解決方法當(dāng)存在島嶼和重疊自相交多邊形時(shí)，最終計(jì)算的邊線被分為外部邊線和若干島嶼對于緩沖區(qū)邊線繪制，只要把外圍邊線和島嶼輪廓繪出即可對于緩沖區(qū)檢索，在外邊線所形成的多邊形檢索后，要再扣除所有島嶼多邊形的檢索結(jié)果。（3）基于柵格結(jié)構(gòu)的作緩沖區(qū)分析（推移或擴(kuò)散）推移或擴(kuò)散實(shí)際上是模擬主體對鄰近對象的作用過程，物體在主體的作用下在一阻力表面移動(dòng)，離主體越遠(yuǎn)作用力越弱例如可以將地形、障礙物和空氣作為阻力表面，噪聲源為主體，用推移或擴(kuò)散的方法計(jì)算噪聲離開主體后在阻力表面上的移動(dòng)，得到一定范圍內(nèi)每個(gè)柵格單元的噪聲強(qiáng)度。在ArcGIS中緩沖區(qū)建立有如下三種不同的方式： 1）以一個(gè)給定的距離建立緩沖區(qū)（Ataspecified distance） 2）以分析對象的屬性值作為權(quán)值建立緩沖（Based onadistancefromanattribute） 3）建立一個(gè)給定環(huán)個(gè)數(shù)和間距的分級緩沖區(qū)（An multiplebufferrings）§9.5緩沖區(qū)分析§9.5緩沖區(qū)分析圖7.2緩沖區(qū)建立的三種方式1）2）3）在ArcGIS中完成緩沖區(qū)的建立時(shí)需要注意的： 1）緩沖區(qū)相交的地區(qū)選擇融合或相互獨(dú)立（Dissolve barriersbetweenornot） 2）對多邊形進(jìn)行的內(nèi)緩沖和外緩沖的選擇（inside oroutside）

§9.5緩沖區(qū)分析二、緩沖區(qū)分析圖7.3完成緩沖區(qū)之前應(yīng)注意的區(qū)域1）2）§9.5緩沖區(qū)分析圖7.4點(diǎn)狀要素的緩沖區(qū)§9.5緩沖區(qū)分析圖7.5線狀要素的緩沖區(qū)面狀要素的緩沖區(qū)幾種形式：1）insideandoutside（內(nèi)外緩沖區(qū)之和）2）onlyoutside（僅僅只有外緩沖區(qū)）3）onlyinside（僅僅只有內(nèi)緩沖區(qū)）4）outsideandincludeinside（外緩沖區(qū)和原有圖形之和）§9.5緩沖區(qū)分析§9.5緩沖區(qū)分析InsideandoutsideonlyoutsideonlyinsideOutsideandincludeinside圖7.7四種不同的面狀要素的緩沖區(qū)圖7.6原始面狀要素§9.6疊加分析大部分GIS軟件是以分層的方式組織地理數(shù)據(jù)將地理景觀按主題分層提取，同一地區(qū)的整個(gè)數(shù)據(jù)層集表達(dá)了該地區(qū)地理景觀的內(nèi)容每個(gè)主題層，可以叫做一個(gè)數(shù)據(jù)層面用矢量結(jié)構(gòu)的點(diǎn)、線、面圖層文件方式表達(dá)用柵格結(jié)構(gòu)的圖層文件格式進(jìn)行表達(dá)疊加分析是將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性疊加分析不僅包含空間關(guān)系的比較，還包含屬性關(guān)系的比較§9.6疊加分析一、視覺信息疊加將不同側(cè)面的信息內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件或屏幕上，以便研究者判斷其相互空間關(guān)系，獲得更為豐富的空間信息不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層面，只是將多層信息復(fù)合顯示，便于分析地理信息系統(tǒng)中視覺信息疊加包括以下幾類：點(diǎn)狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊加顯示面狀圖區(qū)域邊界之間或一個(gè)面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊加遙感影象與專題地圖的疊加專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊加顯示立體專題圖二、矢量數(shù)據(jù)的疊加分析基本步驟：（1）對原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成拓樸關(guān)系（2）多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新的層（3）對新層中的多邊形重新進(jìn)行拓樸組建（4）剔除多余的多邊形，提取出感興趣的部分主要內(nèi)容：（1）點(diǎn)對線分析：點(diǎn)與線的距離（2）點(diǎn)對多邊形分析：相交、判別（3）線對多邊形分析：相交、判別

（4）多邊形對點(diǎn)分析：相減、相交（5）多邊形與線分析:相交、判別（6）多邊形與多邊形分析：合并、相交、相減、判別§9.6疊加分析（1）點(diǎn)對線分析：點(diǎn)與線的距離§9.6疊加分析§9.6疊加分析（2）點(diǎn)與多邊形疊加是計(jì)算多邊形對點(diǎn)的包含關(guān)系屬性信息處理：將多邊形屬性信息疊加到其中的點(diǎn)上也可以將點(diǎn)的屬性疊加到多邊形上，用于標(biāo)識該多邊形；如果有多個(gè)點(diǎn)分布在一個(gè)多邊形內(nèi)的情形時(shí)，則要采用一些特殊規(guī)則，如將點(diǎn)的數(shù)目或各點(diǎn)屬性的總和等信息疊加到多邊形上通過點(diǎn)與多邊形疊加可以計(jì)算出每個(gè)多邊形類型里有多少個(gè)點(diǎn)，不但要區(qū)分點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)，還要描述在多邊形內(nèi)部的點(diǎn)的屬性信息通常不直接產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層面，只是把屬性信息疊加到原圖層中，然后通過屬性查詢間接獲得點(diǎn)與多邊形疊加的需要信息§9.6疊加分析§9.6疊加分析（3）線與多邊形疊加比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)計(jì)算過程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)只要相交，就產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)將原線打斷成一條條弧段將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息根據(jù)疊加的結(jié)果可以確定每條弧段落在哪個(gè)多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過的長度§9.6疊加分析§9.6疊加分析（4）多邊形對點(diǎn)疊加§9.6疊加分析（5）多變形對線疊加§9.6疊加分析（6）多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作結(jié)果將原來多邊形要素分割成綜合了原來兩層或多層的屬性的新要素在參與運(yùn)算多邊形所構(gòu)成的屬性空間內(nèi)，每個(gè)結(jié)果多邊形內(nèi)部的屬性值是一致的§9.6疊加分析（6）多邊形疊加疊加過程幾何求交求出所有多邊形邊界線的交點(diǎn)再根據(jù)這些交點(diǎn)重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算對新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個(gè)對象賦一多邊形唯一標(biāo)識碼，同時(shí)生成一個(gè)與新多邊形對象一一對應(yīng)的屬性表§9.6疊加分析（6）多邊形疊加疊加過程可分為屬性分配：屬性分配過程最典型的方法是將輸入圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中，或把輸入圖層對象的標(biāo)識作為外鍵，直接關(guān)聯(lián)到輸入圖層的屬性表這種屬性分配方法的理論假設(shè)是多邊形對象內(nèi)屬性是均質(zhì)的，將它們分割后，屬性不變二、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的疊加分析疊加分析操作方法分類1）圖層擦除（Erase）2）識別疊加（Identity）3）交集操作（Intersect）4）均勻差值（Symmetricaldifference）5）圖層合并（Union）6）修正更新（Update）§9.6疊加分析 1）圖層擦除（Erase）

指輸入圖層根據(jù)參照圖層的范圍大小，將擦除參照圖層所覆蓋的輸入圖層內(nèi)的要素去除，最后得到剩余的輸入圖層的結(jié)果。從數(shù)學(xué)的空間邏輯運(yùn)算的角度來說，即（即且，A為輸入圖層，B為擦除層）

§9.6疊加分析§9.6疊加分析多邊形與多邊形點(diǎn)與多邊形線與多邊形

2）識別疊加（Identity）

是指輸入圖層和另外一個(gè)圖層進(jìn)行識別疊加，在圖形交迭的區(qū)域，識別圖層的屬性將賦給輸入圖層在該區(qū)域內(nèi)的地圖要素，同時(shí)也有部分的圖形的變化在其中

§9.6疊加分析§9.6疊加分析多邊形與多邊形點(diǎn)與多邊形線與多邊形§9.6疊加分析 3）交集操作（Intersect） 交集操作是得到兩個(gè)圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時(shí)在得到的新的圖層上顯示出來。在數(shù)學(xué)運(yùn)算上表現(xiàn)如:（A,B分別是進(jìn)行交集的兩個(gè)圖層）。§9.6疊加分析點(diǎn)與多邊形點(diǎn)與點(diǎn)點(diǎn)與線線與線§9.6疊加分析點(diǎn)，線和面混合多邊形與多邊形線與多邊形§9.6疊加分析

4）均勻差值（Symmetricaldifference） 在矢量的疊置分析中也有為了獲得兩個(gè)圖層去掉它們之間的公共部分，而只需要剩下的部分，同時(shí)對原有圖層的空間上的分布也進(jìn)行一定區(qū)域內(nèi)的調(diào)整，新生成的圖層的屬性也是綜合兩者的屬性而產(chǎn)生的。利用數(shù)學(xué)的空間邏輯運(yùn)算的方式表示就是：（A,B分別是進(jìn)行交集的兩個(gè)圖層）。§9.6疊加分析在均勻差值操作時(shí)，無論是輸入圖層或差值圖層都必須是多邊形圖層在理論上，點(diǎn)和線與其依然可以進(jìn)行此類疊置分析，但從層面的角度來考慮，不同維數(shù)的幾何形態(tài)如線和多邊形進(jìn)行均勻差值的疊置分析，最后會得到同一層面內(nèi)會存在不同的幾何形態(tài)如一部分是多邊形而另一部分是線的情況，即一種層面出現(xiàn)兩種形態(tài)圖7.11均勻插值操作§9.6疊加分析

5）圖層合并（Union） 圖層合并是通過把兩個(gè)圖層的區(qū)域范圍聯(lián)合起來而保持來自輸入地圖和疊加地圖的所有地圖要素。在布爾運(yùn)算上用的是or關(guān)鍵字，即輸入圖層or疊加圖層，因此輸出的圖層應(yīng)該對應(yīng)于輸入圖層或疊加圖層或兩者的疊加的范圍。從數(shù)學(xué)角度來表示就是：（A,B分別是進(jìn)行交集的兩個(gè)圖層）。

在圖層合并的同時(shí)要求兩個(gè)圖層的幾何特性必須全部是多邊形圖層合并將原來的多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性§9.6疊加分析圖7.12圖層合并操作多邊形圖層合并的結(jié)果把一個(gè)多邊形按另一個(gè)多邊形的空間格局分布幾何求交而劃分成多個(gè)多邊形將輸入圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中，或把輸入圖層對象的標(biāo)識作為外鍵，直接關(guān)聯(lián)到輸入圖層的屬性表中

6）修正更新（Update）

修正更新是指首先對輸入的圖層和修正圖層進(jìn)行幾何相交的計(jì)算，然后輸入的圖層被修正圖層（一般為多邊形）覆蓋的那一部分的屬性將被修正圖層而代替。而且如果兩個(gè)圖層均是多邊形要素的話，那么兩者將進(jìn)行合并，并且重疊部分將被修正圖層所代替，而輸入圖層的那一部分將被擦去?！?.6疊加分析§9.6疊加分析多邊形與多邊形點(diǎn)與多邊形線與多邊形§9.6疊加分析三、柵格圖層疊加把作用于不同數(shù)據(jù)層面上的、基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的疊加運(yùn)算稱為地圖代數(shù)地圖代數(shù)的三種不同類型的功能：基于常數(shù)對數(shù)據(jù)層面進(jìn)行的代數(shù)運(yùn)算；基于數(shù)學(xué)變換對數(shù)據(jù)層面進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換（指數(shù)、對數(shù)、三角變換等）；多個(gè)數(shù)據(jù)層面的代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除、乘方等）和邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或等）?！?.6疊加分析三、柵格圖層疊加二值邏輯疊加基于位置信息查詢?nèi)缫阎攸c(diǎn)的土地類型，以及基于屬性信息的查詢?nèi)绲貎r(jià)最高的位置比較復(fù)雜的查詢涉及多種復(fù)合條件，如查詢所有的面積大于10公頃且鄰近工業(yè)區(qū)的全部濕地。這種數(shù)據(jù)庫查詢通常分為兩步，首先進(jìn)行再分類（見第三節(jié)）操作，為每個(gè)條件創(chuàng)建一個(gè)新圖層，通常是二值圖層，1代表符合條件，0表示所有不符合條件第二步進(jìn)行二值邏輯疊加操作得到想查詢的結(jié)果。邏輯操作類型包括與、或、非、異或?！?.7網(wǎng)絡(luò)分析一、網(wǎng)絡(luò)分析功能的主要目的：對地理網(wǎng)絡(luò)（如交通網(wǎng)絡(luò)）、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線、電力線、電話線、供排水管線等）進(jìn)行地理分析和模型化§9.7網(wǎng)絡(luò)分析二、基本概念網(wǎng)絡(luò)是由一組線狀要素相互連接而成，用來描述某種資源或物質(zhì)在空間的運(yùn)動(dòng)的有向圖網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個(gè)基本模型，根本目的是研究、籌劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好基本結(jié)構(gòu)鏈：網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的管線，如街道、河流、水管等結(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中鏈的結(jié)點(diǎn)，如港口、車站、電站等障礙：禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動(dòng)的點(diǎn)拐點(diǎn)：出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中的分割結(jié)點(diǎn)上，狀態(tài)屬性有阻力，如拐彎的時(shí)間和限制中心：是接受或分配資源的位置，如水庫、商業(yè)中心、電站等，其狀態(tài)屬性包括資源容量，阻力限額站點(diǎn)：在路徑選擇中資源增減的結(jié)點(diǎn)，如庫房、車站等，其狀態(tài)屬性有資源需求§9.7網(wǎng)絡(luò)分析三、基本功能路徑分析最短路徑分析是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在有向圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，求從一個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)到其它各頂點(diǎn)之間的最短路徑，或求每對頂點(diǎn)之間的最短路徑最佳路徑實(shí)質(zhì)上是指加權(quán)后的最短路徑靜態(tài)求最佳路徑：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑N條最佳路徑分析：確定起點(diǎn)或終點(diǎn)，求代價(jià)最小的N條路徑動(dòng)態(tài)最佳路徑分析：實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值是隨權(quán)值關(guān)系式變化的，還會臨時(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，需要?jiǎng)討B(tài)的計(jì)算最佳路徑最短路徑或最低耗費(fèi)路徑：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和要經(jīng)過的中間點(diǎn)、中間連線，求最短路徑或最小耗費(fèi)路徑§9.7網(wǎng)絡(luò)分析三、基本功能資源分配資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點(diǎn)（分配中心或收集中心）及其屬性和網(wǎng)絡(luò)組成分配有兩種形式由分配中心向四周分配由四周向收集中心分配主要功能：負(fù)荷設(shè)計(jì):負(fù)荷設(shè)計(jì)可用于估計(jì)排水系統(tǒng)在暴雨期間是否溢流，輸電系統(tǒng)是否超載等時(shí)間和距離估算:時(shí)間和距離估算除用于交通時(shí)間和交通距離分析外，還可模擬水、電等資源或能量在網(wǎng)絡(luò)上的距離損耗§9.7網(wǎng)絡(luò)分析四、基本原理通常用有向圖表示每個(gè)頂點(diǎn)(結(jié)點(diǎn)）表示一地點(diǎn)，邊則表示各地點(diǎn)之間的距離路徑的長度是指路徑上各個(gè)邊的加權(quán)值之和路徑的起始點(diǎn)稱為源點(diǎn)，路徑的最后一個(gè)頂點(diǎn)稱為終點(diǎn)構(gòu)造有向圖的帶權(quán)重的鄰接矩陣W其中W[i,j]表示有向邊<Vi，Vj>上的權(quán)重值若<Vi，Vj>不存在，則取W[i,j]=

若i=j則取W[i,j]=0。

§9.7網(wǎng)絡(luò)分析四、基本原理Dijikstra算法：荷蘭人Dijkstra在1959年提出了一種基于路徑長度遞增的次序來求最短路徑的算法基本步驟創(chuàng)建兩個(gè)表，OPEN,CLOSE:OPEN表保存所有沒有獲得最短距離的節(jié)點(diǎn)，CLOSED表中存儲已獲得最短距離的節(jié)點(diǎn)計(jì)算起始點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)沒有被檢查過的點(diǎn)直通距離，把點(diǎn)號、距離、起始點(diǎn)號放入OPEN表中從OPEN表中找出距起始點(diǎn)最近的點(diǎn)，把該點(diǎn)的點(diǎn)號、距離和上點(diǎn)號放到CLOSE表中遍歷OPEN表所有點(diǎn)經(jīng)CLOSE表最后一個(gè)點(diǎn)（l）的距離di，比較di+l到起點(diǎn)的距離，如果小于原有距離，則以新距離和L修改OPEN表中對應(yīng)值；否則，進(jìn)行下一條記錄重復(fù)第3和第4步,直到OPEN表為空，或找到目標(biāo)點(diǎn)§9.7網(wǎng)絡(luò)分析Dijikstra算法舉例§9.8空間插值現(xiàn)有的數(shù)據(jù)不能完全覆蓋所要求的區(qū)域范圍，離散的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)的數(shù)據(jù)表面?現(xiàn)有的離散曲面的分辨率，象元大小或方向與所要求的不符球面格網(wǎng)數(shù)據(jù)平面格網(wǎng)數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)投影變換現(xiàn)有的連續(xù)曲面的數(shù)據(jù)模型與所需的數(shù)據(jù)模型不符如將一個(gè)連續(xù)的曲面從一種空間切分方式變?yōu)榱硪环N空間切分方式從TIN到柵格、柵格到TIN或矢量多邊形到柵格§9.8空間插值空間插值空間內(nèi)插：通過已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點(diǎn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法空間外推：通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法理論基礎(chǔ)假設(shè)是空間位置上越靠近的點(diǎn)，越可能具有相似的特征值；而距離越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其特征值相似的可能性越小基本過程數(shù)據(jù)源空間采樣選擇插值方法插值計(jì)算§9.8空間插值空間插值的數(shù)據(jù)源常用野外測量采樣數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)隨機(jī)分布或有規(guī)律的線性分布（沿剖面線或沿等高線）攝影測量得到的正射航片或衛(wèi)星影象；衛(wèi)星或航天飛機(jī)的掃描影象；數(shù)字化的多邊形圖、等值線圖；分類：硬數(shù)據(jù)：通常是復(fù)雜空間變化有限的采樣點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)軟數(shù)據(jù)：如果采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)比較少的情況下，可以根據(jù)已知的導(dǎo)致某種空間變化的自然過程或現(xiàn)象的信息機(jī)理，輔助進(jìn)行空間插值，這種已知的信息機(jī)理就是“軟信息”§9.8空間插值空間采樣采樣點(diǎn)的空間位置對空間插值的結(jié)果影響很大理想的情況是在研究區(qū)內(nèi)均勻布點(diǎn)：當(dāng)區(qū)域景觀大量存在有規(guī)律的空間分布模式時(shí)，得到片面的結(jié)果隨機(jī)的采樣來計(jì)算無偏的均值和方差；完全隨機(jī)的采樣同樣存在缺陷隨機(jī)的采樣點(diǎn)的分布位置是不相關(guān)的規(guī)則采樣點(diǎn)的分布則只需要一個(gè)起點(diǎn)位置，方向和固定大小的間隔，尤其是在復(fù)雜的山地和林地里比較容易完全隨機(jī)采樣，會導(dǎo)致采樣點(diǎn)的分布不均§9.8空間插值空間采樣規(guī)則采樣和隨機(jī)采樣的結(jié)合方法是成層隨機(jī)采樣，即單個(gè)的點(diǎn)隨機(jī)的分布于規(guī)則的格網(wǎng)內(nèi)聚集采樣可用于分析不同尺度的空間變化規(guī)則斷面采樣常用于河流、山坡剖面的測量等值線采樣是數(shù)字化等高線圖插值數(shù)字高程模型最常用的方法§9.8空間插值空間插值方法空間插值方法可以分為：整體插值方法：用研究區(qū)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全區(qū)特征擬合通常不直接用于空間插值，而是用來檢測不同于總趨勢的最大偏離部分，在去除了宏觀地物特征后，可用剩余殘差來進(jìn)行局部插值由于整體插值方法將短尺度的、局部的變化看作隨機(jī)的和非結(jié)構(gòu)的噪聲，從而丟失了這一部分信息局部插值方法：僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值。局部插值方法恰好能彌補(bǔ)整體插值方法的缺陷，可用于局部異常值，而且不受插值表面上其它點(diǎn)的內(nèi)插值影響§9.8空間插值整體插值方法邊界內(nèi)插方法

假設(shè)任何重要的變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)的變化是均勻的，同質(zhì)的，即在各方向都是相同的在處理地質(zhì)、土壤、植被或土地利用的等值區(qū)域圖或?qū)ｎ}地圖時(shí)趨勢面分析

用一個(gè)平滑的數(shù)學(xué)平面加以描述變換函數(shù)插值

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)空間參量的經(jīng)驗(yàn)方程進(jìn)行整體空間插值§9.8空間插值局部插值方法局部插值方法只使用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值，包括幾個(gè)步驟：1）定義一個(gè)鄰域或搜索范圍；2）搜索落在此鄰域范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)；3）選擇表達(dá)這有限個(gè)點(diǎn)的空間變化的數(shù)學(xué)函數(shù)；4）為落在規(guī)則格網(wǎng)單元上的數(shù)據(jù)點(diǎn)賦值。重復(fù)這個(gè)步驟直到格網(wǎng)上的所有點(diǎn)賦值完畢注意事項(xiàng)所使用的插值函數(shù)鄰域的大小、形狀和方向數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布方式是規(guī)則的還是不規(guī)則的§9.8空間插值局部插值方法最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值

樣條函數(shù)插值方法空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析多變量統(tǒng)計(jì)分析主要用于數(shù)據(jù)分類和綜合評價(jià)數(shù)據(jù)分類地理信息系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)具有原始性質(zhì)，用戶可以根據(jù)不同的實(shí)用目的，進(jìn)行提取和分析，特別是對于觀測和取樣數(shù)據(jù)，隨著采用分類和內(nèi)插方法的不同，得到的結(jié)果有很大的差異將大量未經(jīng)分類的數(shù)據(jù)輸入信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，然后要求用戶建立具體的分類算法，以獲得所需要的信息綜合評價(jià)模型是區(qū)劃和規(guī)劃的基礎(chǔ)，一般經(jīng)過四個(gè)步驟：1）評價(jià)因子的選擇與簡化；2）多因子重要性指標(biāo)（權(quán)重）的確定；3）因子內(nèi)各類別對評價(jià)目標(biāo)的隸屬度確定；4）選用某種方法進(jìn)行多因子綜合。§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析分類和評價(jià)的問題涉及大量的相互關(guān)聯(lián)的地理因素主成分分析方法：從統(tǒng)計(jì)意義上將各影響要素的信息壓縮到若干合成因子上，從而使模型大大地簡化因子權(quán)重的確定：是建立評價(jià)模型的重要步驟，權(quán)重正確與否極大地影響評價(jià)模型的正確性，而通常的因子權(quán)重確定依賴較多的主觀判斷層次分析法：是綜合眾人意見，科學(xué)地確定各影響因子權(quán)重的簡單而有效的數(shù)學(xué)手段隸屬度：反映因子內(nèi)各類別對評價(jià)目標(biāo)的不同影響，依據(jù)不同因子的變化情況確定，常采用分段線性函數(shù)或其它高次函數(shù)形式計(jì)算§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析常用的分類和綜合的方法包括聚類分析：根據(jù)地理實(shí)體之間影響要素的相似程度，采用某種與權(quán)重和隸屬度有關(guān)的距離指標(biāo)，將評價(jià)區(qū)域劃分若干類別判別分析根據(jù)各要素的權(quán)重和隸屬度，采用一定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將各地理實(shí)體判歸最可能的評價(jià)等級或以某個(gè)數(shù)據(jù)值所示的等級序列上分類定級是評價(jià)的最后一步，將聚類的結(jié)果根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合并，并確定合并后每一類的評價(jià)等級，對于判別分析的結(jié)果序列采用等間距或不等間距的標(biāo)準(zhǔn)劃分為最后的評價(jià)等級§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析主成分分析法原因地理問題往往涉及大量相互關(guān)聯(lián)的自然和社會要素，眾多的要素常常給模型的構(gòu)造帶來很大困難，同時(shí)也增加了運(yùn)算的復(fù)雜性，有必要減少某些數(shù)據(jù)而保留最必要的信息（必要性）地理變量中許多變量通常都是相互關(guān)聯(lián)的，按這些關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)處理能夠達(dá)到簡化數(shù)據(jù)（可能性）基本原理主成分分析是通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，求得各要素間線性關(guān)系的實(shí)質(zhì)上有意義的表達(dá)式，將眾多要素的信息壓縮表達(dá)為若干具有代表性的合成變量，然后選擇信息最豐富的少數(shù)因子進(jìn)行各種聚類分析，構(gòu)造應(yīng)用模型§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析主成分分析法基本原理設(shè)有n個(gè)樣本，p個(gè)變量，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一組新的特征值——主成分，主成分是原變量的線性組合且具有正交特征。即將x1，x2，…，xp綜合成m（m＜p）個(gè)指標(biāo)z1，z2，…，zm，即：這樣決定的綜合指標(biāo)z1，z2，…，zm分別稱做原指標(biāo)的第一，第二，…，第m主成分其中z1在總方差中占的比例最大，其余主成分z2，z3，…，zm的方差依次遞減在實(shí)際工作中常挑選前幾個(gè)方差比例最大的主成分，這樣既減少了指標(biāo)的數(shù)目，又抓住了主要矛盾，簡化了指標(biāo)之間的關(guān)系。§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析層次分析法（AnalyticHierarchyProcess,AHP）是系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)工具之一，把人的思維過程層次化、數(shù)量化，并用數(shù)學(xué)方法為分析、決策、預(yù)報(bào)或控制提供定量的依據(jù)是一種定性和定量分析相結(jié)合的方法在模型涉及大量相互關(guān)聯(lián)、相互制約的復(fù)雜因素的情況下，各因素對問題的分析有著不同的重要性，決定它們對目標(biāo)重要性的序列，對建立模型十分重要把相互關(guān)聯(lián)的要素按隸屬關(guān)系分為若干層次，請有經(jīng)驗(yàn)的專家對各層次各因素的相對重要性給出定量指標(biāo)，利用數(shù)學(xué)方法綜合專家意見給出各層次各要素的相對重要性權(quán)值，作為綜合分析的基礎(chǔ)§9.9空間統(tǒng)計(jì)分類分析系統(tǒng)聚類分析根據(jù)多種地學(xué)要素對地理實(shí)體進(jìn)行劃分類別的方法，對不同的要素劃分類別往往反映不同目標(biāo)的等級序列，如土地分等定級、水土流失強(qiáng)度分級等系統(tǒng)聚類的步驟:一般是根據(jù)實(shí)體間的相似程度，逐步合并若干類別，其相似程度由距離或者相似系數(shù)定義進(jìn)行類別合并的準(zhǔn)則是使得類間差異最大，而類內(nèi)差異最小§9.8空間統(tǒng)計(jì)分類分析判別分析預(yù)先根據(jù)理論與實(shí)踐確定等級序列的因子標(biāo)準(zhǔn)，再將待分析的地理實(shí)體安排到序列的合理位置上的方法對于諸如水土流失評價(jià)、土地適宜性評價(jià)等有一定理論根據(jù)的分類系統(tǒng)定級問題比較適用判別分析依其判別類型的多少與方法的不同，可分為兩類判別、多類判別和逐步判別等兩類判別分析要求根據(jù)已知的地理特征值進(jìn)